PERANCANGAN SIMULATOR GERAK DAN SISTEM MONITORING UNTUK MENGGERAKKAN DAN MEMONITORING TANGAN PALSU ELEKTRIK

(1)

HALAMAN JUDUL

TUGAS AKHIR – TE 145561

Muhamad Nur Robby NRP 2214030063

Dosen Pembimbing

Ir. Rusdhianto Effendie AK. MT.

PROGRAM STUDI KOMPUTER KONTROL Departemen Teknik Elektro Otomasi Fakultas Vokasi

Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2017

(2)

(3)

HALAMAN JUDUL

FINAL PROJECT – TE 145561

Muhamad Nur Robby NRP 2214030063

Advisor

Ir. Rusdhianto Effendie AK. MT.

COMPUTER CONTROL STUDY PROGRAM

Electrical and Automation Engineering Department Vocational Faculty

Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2017

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

PERANCANGAN SIMULATOR GERAK DAN SISTEM MONITORING UNTUK MENGGERAKKAN DAN

MEMONITORING TANGAN PALSU ELEKTRIK

Nama : Muhamad Nur Robby NRP : 2214 030 063

Pembimbing : Ir. Rusdhianto Effendie AK. MT. NIP : 195704241985021001

ABSTRAK

Semakin berkembangnya ilmu pengetahuan dan teknologi, banyak organ-organ manusia yang hilang karena kecelakaan atau hal-hal lain, kemudian organ yang hilang digantikan dengan organ tubuh buatan. Beberapa organ tubuh buatan yang biasa ditemui yaitu kaki, tangan, dan lengan. Pembuatan organ tubuh buatan untuk menggantikan tubuh yang kurang sempurna masih banyak dilakukan, namun kebanyakan organ buatan tersebut hanya untuk menggantikan organ yang hilang dan tidak dapat bekerja mendekati organ sebenarnya. Pada penelitian sebelumnya telah dibuat tangan palsu elektrik dengan pergerakan satu axis yang menyerupai jari kepiting, namun hal tersebut kurang efisien. Tangan palsu elektrik yang dibuat pada tugas akhir ini mempunyai lima jari yang menyerupai tangan manusia dan menggunakan sensor flex yang diletakkan pada sarung tangan untuk mengatur gerakan jari-jari tangan palsu elektrik sehingga pergerakannya dapat menirukan jari-jari pada sarung tangan. Tangan palsu elektrik memerlukan sebuah arduino(pengontrol) untuk mengatur pergerakan dari tangan palsu elektrik tersebut. Sebelum arduino mengatur pergerakan dari tangan palsu elektrik, arduino memerlukan masukan berupa sinyal yang berasal dari pergerakan sarung tangan yang telah dirangkai dengan sensor flex. Sensor flex menghasilkan sinyal, tetapi banyak noise pada sinyal tersebut. Sehingga diperlukan filter untuk meredam noise. Selanjutnya sinyal yang telah diolah oleh filter digunakan untuk mengatur pergerakan motor servo. Untuk melihat kekuatan yang dikeluarkan motor servo digunakanlah Indikator kekuatan genggam.

(10)

(11)

STAKE OF MOVING SIMULATOR AND MONITORING SYSTEM TO MOVE AND MONITOR ELECTRIC PROSTETIC HAND

Name : Muhamad Nur Robby

Advisor : Ir. Rusdhianto Effendie AK. MT.

ABSTRACT

As science and technology develop, many human organs are lost by accident or other things, then the lost organ is replaced with prosthetic organs. Some prosthetic organs commonly encountered include the feet, hands, and arms. Making prosthetic organs to replace the imperfect body is still a lot to do, but most of the prostheticorgans are just to replace the missing organ and can not work close to the actual organs. Previous research has been made by false electrical hands with the movement of an axis that resembles a crab finger, but it is less efficient. The fake electric hand made in this final project has five fingers resembling the human hand and uses a flex sensor placed on the glove to regulate the movement of the electric false fingers so that the movement can mimic the fingers of the glove. An electric fake hand requires an arduino (controller) to regulate the movement of the electric prosthetic hand. Before the arduino regulates the movement of the electric prosthetic hand, the arduino requires input in the form of a signal derived from the movement of the glove that has been strung with a flex sensor. The flex sensor generates a signal, but a lot of noise on the signal. So we need a filter to reduce noise. Furthermore the signal that has been processed by the filter is used to adjust the movement of servo motors. To see the power of the servo motor is used the handheld power indicator.

(12)

(13)

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang selalu memberikan rahmat dan hidayah-Nya sehingga Tugas Akhir ini dapat terselesaikan dengan baik. Shalawat serta salam semoga selalu dilimpahkan kepada Rasulullah Muhammad SAW, keluarga, sahabat, dan umat muslim yang senantiasa meneladani beliau.

Tugas Akhir ini disusun untuk memenuhi sebagian persyaratan guna menyelesaikan pendidikan Diploma-3 pada Bidang Studi Komputer Kontrol, Departemen Teknik Elektro Otomasi, Fakultas Vokasi, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya dengan judul:

PERANCANGAN SIMULATOR GERAK DAN SISTEM MONITORING UNTUK MENGGERAKKAN DAN

MEMONITORING TANGAN PALSU ELEKTRIK

Penulis mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah memberikan dukungan tulus tiada henti, Bapak Ir. Rusdhianto Effendie AK MT. atas segala bimbingan ilmu, moral, dan spiritual dari awal hingga terselesaikannya Tugas Akhir ini, Penulis juga mengucapkan banyak terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu baik secara langsung maupun tidak langsung dalam proses penyelesaian Tugas Akhir ini.

Penulis menyadari dan memohon maaf atas segala kekurangan pada Tugas Akhir ini. Akhir kata, semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat dalam pengembangan keilmuan di kemudian hari.

Surabaya, 20 Juli 2017

(14)

(15)

DAFTAR ISI

HALAMAN

HALAMAN JUDUL ... i

PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR ... v

HALAMAN PENGESAHAN ... vii

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Permasalahan ... 2

1.3 Batasan Masalah... 3

1.4 Tujuan ... 3

1.5 Metodologi Penelitian ... 3

1.6 Sistematika Laporan ... 4

1.7 Relevansi ... 4

BAB II TEORI DASAR ... 7

2.1 Sensor Flex ... 7

2.2 Filter low pass ... 8

2.3 Motor Servo ... 8

2.4 Arduino Mega 2560 ... 10

2.5 Pemrograman Arduino ... 11

2.6 Indikator Kekuatan Genggaman ... 12

2.7 Power supply ... 13

BAB III PERANCANGAN PEMBUATAN ALAT ... 15

3.1 Perancangan Perangkat Sensor Flex untuk Pengguna ... 16

3.2 Perancangan Program Simulator Gerak dan Sistem Monitoring . 18 3.3 Perancangan Filter Sensor Flex ... 19

(16)

BAB IV HASIL SIMULASI DAN IMPLEMENTASI ... 23

4.1 Pengujian Resistansi dan Tegangan Sensor Flex ... 23

4.1.1 Pengujian Resistansi dan Tegangan Sensor Flex Ibu Jari ... 24

4.1.2Pengujian Resistansi dan Tegangan Sensor Flex Jari Telunjuk ... 25

4.1.3 Pengujian Resistansi dan Tegangan Sensor Flex Jari Tengah ... 27

4.1.4Pengujian Resistansi dan Tegangan Sensor Flex Jari Manis ... 28

4.1.5 Pengujian Resistansi dan Tegangan Sensor Flex Jari Kelingking ... 29

4.2 Pembacaan Sensor Flex pada Arduino ... 31

4.2.1 Data ADC Sensor Sebelum diberi Filter ... 31

4.2.2Data ADC Sensor Flex di Ibu Jari ... 32

4.2.3 Data ADC Sensor Flex di Jari Telunjuk ... 33

4.2.4 Data ADC Sensor Flex di Jari Tengah ... 34

4.2.5Data ADC Sensor Flex di Jari Manis ... 35

4.2.6 Data ADC Sensor Flex di Jari Kelingking ... 36

4.3 Pengujian Indikator Kekuatan Genggam ... 37

4.3.1 Pengujian Indikator Kekuatan Genggam Ibu Jari ... 37

4.3.2 Pengujian Indikator Kekuatan Genggam Jari Telunjuk ... 38

4.3.3 Pengujian Indikator Kekuatan Genggam Jari Tengah ... 39

4.3.4 Pengujian Indikator Kekuatan Genggam Jari Manis ... 41

4.3.5 Pengujian Indikator Kekuatan Genggam Jari Kelingking .. 42

BAB V PENUTUP ... 45

5.1 Kesimpulan ... 45

5.2 Saran ... 45

DAFTAR PUSTAKA ... 47

LAMPIRAN A ... 49

A.1. Spesifikasi Sensor Flex ... 49

A.2. Spesifikasi Transistor C9013 ... 51

LAMPIRAN B ... 53

Program Simulator Gerak dan Sistem Monitoring ... 53

(17)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.6 Tampilan Awal Software Arduino(IDE) ... 12

Gambar 2.7 C9013 ... 13

Gambar 3.1 Blok Fungsional Sistem ... 15

Gambar 3.2 PCB Dot ... 16

Gambar 3.3 Plastik Pelapis ... 17

Gambar 3.4 Kabel Jumper ... 17

Gambar 3.5 LemTembak ... 17

Gambar 3.6 Resistor 10K Ohm ¼ watt ... 17

Gambar 3.7 Diagram Alir Simulator Gerak dan Sistem Monitoring .. 18

Gambar 3.8 Wiring Rangkaian Filter ... 20

Gambar 3.9 Bentuk Fisik Rangkaian Filter ... 20

Gambar 3.10 Wiring Indikator Kekuatan Genggam ... 21

Gambar 3.11 Bentuk Fisik Indikator Kekuatan Genggam ... 22

Gambar 4.1 Gambar Keseluruhan Alat ... 23

Gambar 4.2 Grafik Perbandingan Besar Sudut dengan Resistansi Ibu Jari ... 25

Gambar 4.3 Grafik Perbandingan Besar Sudut dengan Resistansi Jari Telunjuk ... 26

Gambar 4.4 Grafik Perbandingan Besar Sudut dengan Resistansi Jari Tengah ... 28

Gambar 4.5 Grafik Perbandingan Besar Sudut dengan Resistansi Jari Manis ... 29

Gambar 4.6 Grafik Perbandingan Besar Sudut dengan Resistansi Jari Manis ... 31

Gambar 4.7 Grafik Pengambilan Data Sensor Flex tanpa Filter ... 31

Gambar 4.8 Grafik Pembacaan Data ADC Sensor Flex Ibu Jari ... 33

(18)

Gambar 4.10 Grafik Pembacaan Data ADC Sensor Flex Jari Tengah . 35

Gambar 4.11 Grafik Pembacaan Data ADC Sensor Flex Jari Manis ... 36

Gambar 4.12 Grafik Pembacaan Data ADC Sensor Flex Jari Kelingking ... 37

Gambar 4.13 Indikator Ibu Jari Level 1 ... 37

Gambar 4.18 Indikator Jari Telunjuk Level 1 ... 38

Gambar 4.22 Indikator Jari Tengah Level 1 ... 40

Gambar 4.27 Indikator Jari Manis Level 1 ... 41

Gambar 4.32 Indikator Jari Kelingking Level 1 ... 42

(19)

DAFTAR TABEL

HALAMAN

Tabel 4.1 Hasil Pengukuran Sensor Flex Ibu Jari ... 24

Tabel 4.2 Hasil Pengukuran Sensor Flex Jari Telunjuk ... 25

Tabel 4.3 Hasil Pengukuran Sensor Flex Jari Tengah ... 27

Tabel 4.4 Hasil Pengukuran Sensor Flex Jari Manis ... 28

Tabel 4.5 Hasil Pengukuran Sensor Flex Jari Kelingking... 29

Tabel 4.6 Hasil Pembacaan Data ADC Sensor Flex Ibu Jari ... 32

Tabel 4.7 Hasil Pembacaan Data ADC Sensor Flex Jari Telunjuk . 33 Tabel 4.8 Hasil Pembacaan Data ADC Sensor Flex Jari Tengah.... 34

Tabel 4.9 Hasil Pembacaan Data ADC Sensor Flex Jari Manis ... 35

Tabel 4.10 Hasil Pembacaan Data ADC Sensor Flex Jari Kelingking ... 36

Tabel 4.11 Hasil Pengambilan Data Indikator Kekuatan Genggam Ibu Jari ... 38

Tabel 4.12 Hasil Pengambilan Data Indikator Kekuatan Genggam Jari Telunjuk ... 39

Tabel 4.13 Hasil Pengambilan Data Indikator Kekuatan Genggam Jari Tengah ... 40

Tabel 4.14 Hasil Pengambilan Data Indikator Kekuatan Genggam Jari Manis ... 41

(20)

(21)

BAB I PENDAHULUAN

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Berdasarkan hasil Survey Sosial Ekonomi Nasional (Susenas) yang dilaksanakan Biro Pusat Statistik (BPS) tahun 2012, jumlah penyandang disabilitas di Indonesia sebanyak 6.008.661 orang. Dari jumlah tersebut sekitar 616.387 orang penyandang disabilitas tubuh yang kehilangan anggota atau struktur tubuh seperti kaki/tangan. Mereka harus menggunakan alat bantu seperti kaki/tangan palsu untuk dapat beraktifitas sehari harinya.

Pemakaian anggota tubuh palsu seperti tangan palsu sangat diperlukan bagi penyandang disabilitas yang kehilangan tangan karena kecelakaan/penyakit sehingga dilakukan amputasi, karena mereka tidak dapat lagi menggunakan tanganya lagi. Namun tangan palsu yang banyak digunakan hanya berfungsi sebagai pelengkap tubuh yang tidak dapat digerakkan. Pada penelitian ini akan di buat tangan palsu elektrik atau tangan prostetik. Prostetik adalah ilmu teknik dalam bidang medis yang mempelajari tentang pengukuran, pembuatan, dan pemasangan alat pengganti anggota gerak tubuh yang hilang. [1_{] Tangan prostetik atau} tangan palsu elektrik yang dibuat kali ini menggunakan sensor flex

sebagai sinyal masukkan yang mendeteksi pergerakkan dari pengguna, yang mana selanjutnya sinyal dari sensor flex tersebut akan diolah oleh filter low pass yang selanjutnya digunakan sebagai acuan untuk mengerakkan motor servo yang mana berfungsi sebagai penggerak jari-jari dari tangan palsu elektrik. Tidak hanya untuk menggerakkan motor

servo, tetapi juga sebagai sumber tegangan yang digunakan indikator kekuatan genggaman tangan.

Dalam penelitian Universitas Ottawa yang dilakukan oleh Dejan Duvnjak dkk. Telah dilakukan penelitian tangan prostetik dua jari yang menyerupai pergerakan jari kepiting menggunakan sensor EMG. Pada penelitian tersebut, dengan menggunakan pergerakan jari seperti kepiting ini kurang efektif karena hanya dapat digunakan untuk menjepit, tidak dapat digunakan untuk menggenggam. Sehingga dengan

1 _Bersumber _dari _website

(22)

menggunakan tangan palsu elektrik lima jari, akan lebih efektif dan lebih menyerupai tangan manusia. Namun penggunaan sensor EMG pada tangan prostetik ini membutuhkan banyak riset untuk mendeteksi apakah pada orang yang tidak mempunyai tangan dapat menggerakkan otot tangannya dan jika dapat apakah pergerakan ototnya sama dengan orang yang mempunyai tangan normal, sehingga pada tugas akhir ini akan menggunakan sensor flex sebagai simulator dari sensor EMG tersebut. Tangan palsu elektrik bergerak menurut pergerakan dari pengguna yang mengenakan sarung tangan yang dilengkapi dengan sensor flex. Mototr servo diatur agar berputar sesuai besar sudut yang diperoleh dari lengkukan sensor flex. Sinyal dari sensor flex diolah menggunakan filter low pass untuk mengurangi atau mungkin menghilangkan noise yang telah ada sebelumnya. Jari-jari dari tangan palsu elektrik ini dapat digerakkan untuk menyentuh, menekan, menggenggam atau hal lainnya. Keluaran dari arduino digunakan oleh indikator kekuatan untuk menampilkan kekuatan yang telah dikeluarkan dari mmotor servo berdasarkan pergerakan pengguna pada sarung tangan sensor flex, sehingga pengguna dapat melihat dari indikator tersebut sebagai acuan dari kekuatan yang digunakan oleh pengguna.

1.2 Permasalahan

Tangan manusia yang hilang dapat digantikan dengan tangan palsu elektrik, namun penggunaan sensor emg yang rumit dan dari segi biaya yang tinggi, sehingga pada pembuatan alat Tugas Akhir ini digunakanlah sensor flex. Karena sensor yang digunakan adalah sensor

(23)

1.3 Batasan Masalah

Untuk mempertajam dan memfokuskan permasalahan dalam Tugas Akhir ini, beberapa batasan masalah yang diambil diantaranya adalah sebagai berikut :

a. Sensor yang digunakan adalah sensor flex, sehingga tangan palsu elektrik ini belum dapat digunakan sebagai pengganti lengan yang telah diamputasi.

b. Sensor diletakkan pada masing masing jari pada sarung tangan c. Penggerak yang digunakan adalah motor servo.

d. Tangan palsu elektrik dibuat dengan 3D Print dengan bahan filamen.

e. Untuk menggerakkan jari tangan palsu elektrik menggunakan senar pancing atau kabel nichrome.

1.4 Tujuan

Tujuan dari Tugas Akhir ini adalah membuat tangan palsu elektrik. Dikarenakan sensor yang digunakan adalah sensor flex, maka dengan adanya pembuatan tangan palsu elektrik ini diperlukan penelitian kelengkungan dari sensor flex yang mana selanjutnya sinyal keluaran dari sensor flex ini dapat diolah sebagai acuan untuk menggerakkan motor servo. Dan untuk memonitoring kekuatan dari tangan palsu elektrik ini diperlukan indikator kekuatan.

1.5 Metodologi Penelitian

Penelitian ini dilakukan melalui beberapa tahapan metodologi, yaitu : tahap studi pustaka dan survey awal, tahap perencanaan dan pembuatan alat, tahap Perencanaan dan pembuatan software, tahap ujia coba dan analisis data, dan yang terakhir adalah penyusunan laporan berupa buku Tugas Akhir.

(24)

ditarik kesimpulan dari penelitian yang telah dilakukan. Tahap akhir penelitian adalah penyusunan laporan penelitian.

1.6 Sistematika Laporan

Pembahasan Tugas Akhir ini akan dibagi menjadi lima Bab dengan sistematika sebagai berikut:

Bab I Pendahuluan

Bab ini meliputi latar belakang, permasalahan, tujuan penelitian, metodologi penelitian, sistematika laporan, dan relevansi.

Bab II Teori Dasar

Bab ini menjelaskan tentang tinjauan pustaka, konsep dari Sensor Flex, Filter low pass, Arduino Mega 2560,

Power supply, Motor Servo, dan Indikator kekuatan tangan palsu elektrik..

Bab III Perancangan Sistem

Bab ini membahas tentang penjelasan dari metodologi yang digunakan dan implementasinya pada teangan palsu elektrik.

Bab IV Simulasi, Implementasi dan Analisis Sistem

Bab ini memuat tentang pemaparan dan analisis hasil pengujian alat pada keadaan sebenarnya. Seperti pengujian aktivitas servo, dan pengujian respon dari sensor flex. Pada tiap pengujian akan ada analisis terkait metode yang digunakan.

Bab V Penutup

Bab ini berisi kesimpulan dan saran dari hasil pembahasan yang telah diperoleh.

1.7 Relevansi

(25)

(26)

(27)

2BAB II TEORI DASAR

TEORI DASAR

Pada bab ini akan dibahas mengenai teori-teori yang berkaitan dengan peralatan yang akan dirancang. Teori yang mendukung penyelesaian tugas akhir ini di antaranya adalah mengenai : Sensor Flex, Filter low pass, Arduino Mega 2560, Power supply, dan Indikator kekuatan tangan palsu elektrik.

2.1 Sensor Flex

Sensor flex merupakan sebuah sensor yang mana mendeteksi pergerakan dari orang yang menyentuh ataupun menggunakannya dengan cara menekuk sensor ini yang selanjutnya sensor ini akan menghasilkan keluaran berupa resistansi, jadi sensor flex bisa dikategorikan pula sebagai variable resistor. Sensor flex yang digunakan adalah sensor flex dengan panjang 2,2 inci. Resistansi dari sensor flex ini berbanding lurus dengan sudut yang diberikan.

Gambar 2.1 Sensor Flex[2_]

Semakin menekuk atau semakin besar sudut yang diberikan pada sensor flex, maka nilai resistansinya akan menjadi semakin besar pula. Resistansi dari sensor flex ini bernilai 32 kiloohm ketika sensor berada

2_{Bersumber dari website}_{https://www.sparkfun.com/products/10264/}_(diakses

(28)

pada sudut nol derajat hingga 70 kiloohm ketika sensor menekuk Sembilan puluh derajat. Untuk spesifikasi dari sensor flex dapat dilihat pada lampiran A.1.

2.2 Filter low pass[3_]

Filter adalah rangkaian pemilih frekuensi agar dapat melewatkan frekuensi yang diinginkan dan menahan(couple)/membuang(by pass) frekuensi lainnya. Filter yang diterapkan pada alat ini adalah filter low pass, dikarenakan sifat charge-discharge dari filter low pass yang menahan frekuensi tinggi dan meloloskan frekuensi rendah. Filter diatur sedemikian rupa sehingga kekuaran dari filter merupakan keluaran yang frekuensi tingginya telah ditahan dan frekuensi rendah diloloskan.

2.3 Motor Servo[4_]

Motor servo adalah sebuah motor DC yang dilengkapi rangkaian kendali dengan sistem closed feedback yang terintegrasi dalam motor tersebut. Pada motor servo posisi putaran sumbu (axis) dari motor akan diinformasikan kembali ke rangkaian kontrol yang ada di dalam motor

servo.

Gambar 2.2 Motor Servo

Motor servo disusun dari sebuah motor DC, gearbox, variabel resistor (VR) atau potensiometer dan rangkaian kontrol. Potensiometer berfungsi untuk menentukan batas maksimum putaran sumbu (axis) motor servo. Sedangkan sudut dari sumbu motor servo diatur berdasarkan lebar pulsa yang pada pin kontrol motor servo.

3_{Bersumber dari website}_{http://om-udin.blogspot.com/}_{(diakses pada tanggal 3}

Februari 2017 )

(29)

Gambar 2.3 Konstruksi motor servo

Motor servo adalah motor yang mampu bekerja dua arah (CW dan CCW) dimana arah dan sudut pergerakan rotornya dapat dikendalikan dengan memberikan variasi lebar pulsa (duty cycle) sinyal PWM pada bagian pin kontrolnya.

Gambar 2.4 Pulsa kendali motor servo

Terdapat dua buah jenis motor servo jenis yaitu motor servo

(30)

kanan – tengah – kiri adalah 180°. Sedangkan mmotor servo continous

mampu bergerak dua arah (CW dan CCW) tanpa batasan defleksi sudut putar (dapat berputar secara kontinyu).

Motor servo dikendalikan oleh sebuah pulsa selebar ± 20 ms, dimana lebar pulsa antara 0.5 ms dan 2 ms menyatakan akhir dari range sudut maksimum. Apabila motor servo diberikan pulsa dengan besar 1.5 ms mencapai gerakan 90°, maka bila kita berikan pulsa kurang dari 1.5 ms maka posisi mendekati 0° dan bila kita berikan pulsa lebih dari 1.5 ms maka posisi mendekati 180°.

2.4 Arduino Mega 2560[5_]

Arduino adalah pengendali mikro single-board yang bersifat open-source, diturunkan dari Wiring platform, dirancang untuk memudahkan penggunaan elektronik dalam berbagai bidang. Hardwarenya memiliki prosesor Atmel AVR dan softwarenya memiliki bahasa pemrograman sendiri.

Arduino juga merupakan platform hardware terbuka yang ditujukan kepada siapa saja yang ingin membuat purwarupa peralatan elektronik interaktif berdasarkan hardware dan software yang fleksibel dan mudah digunakan. Mikrokontroler diprogram menggunakan bahasa pemrograman arduino yang memiliki kemiripan syntax dengan bahasa pemrograman C. Karena sifatnya yang terbuka maka siapa saja dapat mengunduh skema hardware arduino dan membangunnya.

Arduino menggunakan keluarga mikrokontroler ATMega yang dirilis oleh Atmel sebagai basis, namun ada individu/perusahaan yang membuat clone arduino dengan menggunakan mikrokontroler lain dan tetap kompatibel dengan arduino pada level hardware. Untuk fleksibilitas, program dimasukkan melalui bootloader meskipun ada opsi untuk mem-bypass bootloader dan menggunakan downloader

untuk memprogram mikrokontroler secara langsung melalui port ISP. Arduino Mega2560 adalah papan mikrokontroler berbasiskan ATmega2560. Arduino Mega2560 memiliki 54 pin digital input/output, dimana 15 pin dapat digunakan sebagai output PWM, 16 pin sebagai

input analog, dan 4 pin sebagai UART (port serial hardware), 16 MHz kristal osilator, koneksi USB, jack power, header ICSP, dan tombol reset. Ini semua yang diperlukan untuk mendukung mikrokontroler.

(31)

Untuk memulai mengaktifkannya dengan menghubungkannya ke komputer melalui kabel USB atau power dihubungkan dengan adaptor AC-DC atau baterai. Arduino Mega2560 kompatibel dengan sebagian besar shield yang dirancang untuk Arduino Duemilanove atau Arduino Diecimila. Arduino Mega2560 adalah versi terbaru yang menggantikan versi Arduino Mega.

Gambar 2.5 Arduino Mega 2560

2.5 Pemrograman Arduino[6_]

IDE (Integrated Development Environment) adalah program komputer yang memiliki beberapa fasilitas yang diperlukan dalam pembangunan perangkat lunak. Tujuan dari IDE adalah untuk menyediakan semua utilitas yang diperlukan dalam membangun perangkat lunak. Sebuah IDE, atau secara bebas dapat diterjemahkan sebagai Lingkungan Pengembangan Terpadu, setidaknya memiliki fasilitas: Editor, yaitu fasilitas untuk menuliskan kode sumber dari perangkat lunak.

 Compiler, yaitu fasilitas untuk mengecek sintaks dari kode sumber kemudian mengubah dalam bentuk binari yang sesuai dengan bahasa mesin.

 Linker, yaitu fasilitas untuk menyatukan data binari yang beberapa kode sumber yang dihasilkan compiler sehingga data-data binari tersebut menjadi satu kesatuan dan menjadi suatu program komputer yang siap dieksekusi.

 Debugger, yaitu fasilitas untuk mengetes jalannya program, untuk mencari bug/kesalahan yang terdapat dalam program.

6 _Bersumber _dari _website

(32)

Disebut sebagai lingkungan karena melalui software inilah Arduino dilakukan pemrograman untuk melakukan fungsi-fungsi yang diberikan melalui sintaks pemrograman.

Program yang ditulis dengan menggunaan Arduino Software (IDE) disebut sebagai sketch. Sketch ditulis dalam suatu editor teks dan disimpan dalam file dengan ekstensi .ino. Teks editor pada Arduino

Software memiliki fitur” seperti cutting/paste dan seraching/replacing sehingga memudahkan kamu dalam menulis kode program.

Pada Software Arduino IDE, terdapat semacam message box berwarna hitam yang berfungsi menampilkan status, seperti pesan error,

compile, dan upload program. Di bagian bawah paling kanan Sotware Arduino IDE, menunjukan board yang terkonfigurasi beserta COM

Ports yang digunakan. Berikut merupakan tampilan utama dari Arduino

software (IDE) yang akan dilengkapi dengan penjelasan dari masing-masing fungsinya.

Gambar 2.6 Tampilan Awal Software Arduino(IDE)

2.6 Indikator Kekuatan Genggaman

(33)

untuk menyalakan masing-masing LED barh. Untuk spesifikasi dari transistor C9013 dapat dilihat pada lampiran A.2.

Gambar 2.7 C9013[7_]

2.7 Power supply[8_]

Power supply adalah perangkat keras elektronika yang berguna sebagai sumber daya listrik bagi piranti lain, piranti ini menyuplai tenaga tegangan listrik secara langsung dari sumber tegangan listrik ke tegangan listrik lainnya. Power supply pada umumnya berupa kotak yang diletakkan di bagian belakang atas casing. Selain berfungsi mengubah arus listrik, Power supply berfungsi sebagai penubah dari tegangan listrik AC(Alternating Current) menjadi tegangan DC(Direct Current), karena hardware komputer hanya dapat beroperasi dengan arus DC. Power supply juga berfungsi sebagai penyuplai tegangan listrik ke komponen elektronika komputer lainnya, juga mempunyai fungsi lain yaitu sebagai penstabil aliran arus tegangan listrik. Cara kerja dari power supply yaitu ketika tombol power pada casing ditekan, yang terjadi adalah power supply akan melakukan cek dan tes sebelum membiarkan sistem start. Jika tes telah sukses, power supply mengirim sinyal khusus pada motherboard, yang di sebut power good.

7_{Bersumber dari website} _{http://snskart.in/c9013/}_{(diakses pada tanggal 3}

Februari 2017 )

(34)

(35)

3 BAB III

PERANCANGAN PEMBUATAN ALAT

Pada bab ini akan dibahas tentang tahapan yang dilakukan terhadap perancangan dan pembuatan Tugas Akhir Perancangan Simulator Gerak dan Sistem Monitoring untuk Menggerakkan dan Memonitoring Tangan Palsu Elektrik. Pada bagian awal dari bab ini akan dibahas mengenai diagram fungsional dari Tangan Palsu Elektrik, selanjutnya akan dijelaskan mengenai perancangan hardware yang digunakan, dilanjutkan dengan perancangan software, dan pada bagian terakhir akan dijelaskan mengenai perancangan mekanik yang digunakan.

Muhamad Nur Robby

Deputy Yendhika Akhri Maulid Gambar 3.1 Blok Fungsional Sistem

Agar sistem Tangan Palsu Elektrik dapat berjalan dan berfungsi secara optimal dibutuhkan beberapa komponen berikut :

1. Sensor Flex, berfungsi sebagai pembaca gerakan dari pengguna lengan palsu elektrik

2. Filter low pass, berfungsi untuk meredam frekuensi tinggi dan menghilangkan noise yang terdapat pada sinyal masukan yang didapatkan dari sensor flex.

3. Motor servo, berfungsi sebagai aktuator untuk menggerakan jari-jari serta pergelangan tangan pada tangan palsu elektrik.

4. Arduino Mega 2560, berfungsi sebagai otak dari keseluruhan sistem pada tangan plastic elektrik.

(36)

5. Sensor Arus, berfungsi sebagai respon kekuatan yang dikelkuarkan motor servo, sehingga ketika ujung jari sudah menyentuh objek maka kekuatan dari motor servo akan berkurang.

6. Indikator kekuatan, berfungsi sebagai penunjuk seberapa besar kekuatan yang dikeluarkan oleh motor servo berdasarkan kekuatan yang dikgunakan pengguna pada sensor flex.

Adapun penjelasan dari diagram blok pada Gambar 3.1 dan juga tahapan untuk menggerakkan tangan plastic elektrik menggunakan motor servo

hingga penunjukan kekuatan yang dikeluarrkan oleh motor servo pada indikator kekuatan. Penjelasan dari masing-masing bagian dijelaskan pada sub bab pembuatan perangkat elektronik untuk Sensor Flex, pengolahan sinyal dan indikator kekuatan. Sedangkan untuk sub bab yang lain dijelaskan secara lebih rinci pada buku yang disusun oleh mahasiswa bernama Deputy Yendhika Akhri Maulid.

3.1 Perancangan Perangkat Sensor Flex untuk Pengguna

Dalam perangkat elektronik, terdapat beberapa komponen yang disusun hubungan dari antara sensor flex, Arduino Mega 2560 hingga pada Indikator kekuatan dapat selaras. Tahap pertama yang dilakukan adalah merancang perangkat sensor flex untuk penguna. Agar hal tersebut bisa dilakukan, terdapat beberapa komponen tambahan agar pengguna dari tangan palsu elektrik dapat menggunakannya secara mudah. Beberapa komponen tambahan dan beragam fungsinya antara lain sebagai berikut :

1. PCB dot kecil, berfungsi sebagai tempat peletakkan konektor dari sensor flex serta resistor dan kabel jumper yang diperlukan.

(37)

2. Plastik pelapis pada masing-masing sensor, digunakan untuk menambah kekuatan dan fleksibiklitas dari sensor flex.

Gambar 3.3 Plastik Pelapis

3. Kabel Jumper sebanyak dua buah pada masing-masing sensor, sehingga dibutuhkan sepuluh kabel jumper bila diperlukan untuk menggerakkan keseluruhan lima buah jari.

Gambar 3.4 Kabel Jumper

4. Selotip atau lem sebagai perekat antarasensor flex dengan sarung tangan yang digunakan.

Gambar 3.5 LemTembak

5. Resistor sebesar 10K ohm pada setiap sambungan antara kabel

jumper dengan sensor flex.

(38)

6. Sambungkan salah satu ujung sensor flex terhubung ke suplai 5 VDC. Terminal lainnya terhubung ke ground melalui resistor 10K.

Output ke pin input analog Arduino diparalel dengan Sensor Flex

dan resistor 10K.

7. Jika dibuat lima sensor penuh dalam konfigurasi sarung tangan, maka perlu membuat sejumlah 5 pemisah tegangan secara paralel. 8. Keluaran setiap pembagi tegangan disambungkan ke pin input

analog pada Arduino.

3.2 Perancangan Program Simulator Gerak dan Sistem Monitoring

(39)

Untuk listing program darisimulator gerak dan sistem monitoring tangan palsu elektrik dapat dilihat pada lampiran B.

3.3 Perancangan Filter Sensor Flex

Sensor flex mempunyai noise ketika data ADCnya dibaca oleh arduino, sehingga memerlukan filter yang mana filter ini digunakan untuk mengolah noise dari sensor flex tersebut sehingga dapat memudahkan proses pembacaannya oleh arduino. Untuk mengolah

noise dari sensor flex tersebut, maka digunakan filter low pass. Filter low pass ini akan meloloskan frekuensi rendah dan meloloskan frekuensi tinggi. Dengan persamaan dari filter low pass adalah sebagai berikut:

Dengan resistor yang digunakan adalah resistor dengan nilai hambatan sebesar 100 K Ohm dan kapasitor yang digunakan merupakan kapasitor dengan nilai kapasitansi 100nano Farad. Jika bilangan tersebut dimasukkan ke dalam persamaan, maka akan menjadi:

Sehingga didapatkan nilai frekuensi yang diloloskan:

(40)

DC

Sensor Flex 5V

Pin Analo g Ard uino

100nF 100 K

Ohm 100nF

Gambar 3.8 Wiring Rangkaian Filter

Wiring pada gambar di atas menggunakan perangkat lunak Microsoft Office Visio. Wiring dilakukan pada masing-masing sensor flex yang digunakan. Sehingga diperlukan lima buah wiring seperti wiring di atas pada masing-masing sensor flex yang terdapat pada jari di sarung tangan. Berikut merupakan bentuk fisik dari rangkaian filter untuk sensor flex:

(41)

3.4 Perancangan Indikator Kekuatan Genggam

Untuk perancangan indikator kekuatan genggam pada tangan palsu elektrik ini digunakan kapasitor C9013 sebagai pencacah tegangan. Untuk rangkaian dari indikator kekuatan genggam adalah sebagai berikut:

Gambar 3.10 Wiring Indikator Kekuatan Genggam

(42)

(43)

4 BAB IV

HASIL SIMULASI DAN IMPLEMENTASI

HASIL SIMULASI DAN IMPLEMENTASI

Untuk mengetahui bahwa sistem penggerak tangan palsu elektrik bekerja dengan benar, maka perlu dilakukan pengujian alat yang meliputi pengujian perangkat keras dan pengujian perangkat lunak. Pengujian yang dilakukan pada tangan palsu elektrik bertujuan untuk mengetahui kesesuaian antara teori dengan hasil perancangan, yaitu dengan cara membandingkan dua hal tersebut.

Gambar 4.1Gambar Keseluruhan Alat

4.1 Pengujian Resistansi dan Tegangan Sensor Flex

Simulasi dilakukan dengan mengambil kondisi awal yaitu posisi ketika sensor flex lurus dan selanjutnya diukur dengan rentang jarak sudut sebesar 3,75 derajat. Cara pengambilan data yang digunakan adalah dengan memprogram Arduino Mega 2560 dengan cara membaca serial monitor yang terdapat pada pemrogramannya di komputer. Berikut merupakan data yang telah diambil:

(44)

4.1.1 Pengujian Resistansi dan Tegangan Sensor Flex Ibu Jari

Tabel 4.1 Hasil Pengukuran Sensor Flex Ibu Jari

Nomor

Besar Sudut

(˚) Nilai Resistansi (kiloohm)

(45)

Data dari tabel di atas merupakan data yang ditampilkan pada serial monitor dari pemrograman Arduino di komputer. Bentuk grafik dari data akan diperlihatkan pada gambar di bawah ini:

Gambar 4.2 Grafik Perbandingan Besar Sudut dengan Resistansi Ibu Jari

4.1.2 Pengujian Resistansi dan Tegangan Sensor Flex Jari Telunjuk

Tabel 4.2 Hasil Pengukuran Sensor Flex Jari Telunjuk

(46)

14 48.75 53.1 3.51

15 52.5 54.4 3.54

16 56.25 56.5 3.58

17 60 57.7 3.62

18 63.75 58.8 3.66

19 67.5 60.5 3.69

20 71.25 62.2 3.73

21 75 63.6 3.77

22 78.75 65.5 3.80

23 82.5 66.6 3.84

24 86.25 68 3.88

25 90 69.7 3.91

(47)

4.1.3 Pengujian Resistansi dan Tegangan Sensor Flex Jari Tengah

Tabel 4.3 Hasil Pengukuran Sensor Flex Jari Tengah

(48)

Gambar 4.4 Grafik Perbandingan Besar Sudut dengan Resistansi Jari Tengah

4.1.4 Pengujian Resistansi dan Tegangan Sensor Flex Jari Manis

Tabel 4.4 Hasil Pengukuran Sensor Flex Jari Manis

(49)

17 60 54 3.36

18 63.75 55.55 3.41

19 67.5 57.05 3.45

20 71.25 58.55 3.50

21 75 60 3.54

22 78.75 61.63 3.59

23 82.5 63.1 3.63

24 86.25 64.75 3.67

25 90 66.2 3.72

Gambar 4.5 Grafik Perbandingan Besar Sudut dengan Resistansi Jari Manis

4.1.5 Pengujian Resistansi dan Tegangan Sensor Flex Jari Kelingking

Tabel 4.5 Hasil Pengukuran Sensor Flex Jari Kelingking

Nomor Besar Sudut _(˚) Nilai Resistansi _(kiloohm) Nilai Tegangan _(volt)

1 0 29.7 2.67

(50)

(51)

Gambar 4.6 Grafik Perbandingan Besar Sudut dengan Resistansi Jari Manis

4.2 Pembacaan Sensor Flex pada Arduino

Pembacaan data adc sensor flex dari arduino didapatkan data yang

noisenya sudah dihilangkan dengan rangkaian filter sebelumnya. Sehingga sinyal yang didapatkan dapat lebih mudah terbaca dan lebih mudah dalam pengaturan posisi dari motor servo. Berikut merupakan data yang diperoleh:

4.2.1 Data ADC Sensor Sebelum diberi Filter

Grafik di bawah ini merupakan grafik dari data ADC sensor flex tanpa menggunakan filter:

(52)

Dapat dilihat dari grafik di atas bahwa terdapat banyak sekali noise yang dapat menyebabkan pengolahan data yang kelak akan digunakan untuk menggerakkan motor servo kurang bagus, sehingga diperlukan filter untuk mengolah noise tersebut.

4.2.2 Data ADC Sensor Flex di Ibu Jari

Tabel di bawah ini merupakan tabel dari pengambilan data ADC dari sensor flex yang dilakukan pada ibu jari dengan julat data 382 sampai dengan 622.

Tabel 4.6 Hasil Pembacaan Data ADC Sensor Flex Ibu Jari

(53)

Gambar 4.8 Grafik Pembacaan Data ADC Sensor Flex Ibu Jari

4.2.3 Data ADC Sensor Flex di Jari Telunjuk

Tabel di bawah ini merupakan tabel dari pengambilan data ADC dari sensor flex yang dilakukan pada jari telunjuk dengan julat data 399 sampai dengan 621.

Tabel 4.7 Hasil Pembacaan Data ADC Sensor Flex Jari Telunjuk

Besar Sudut(˚)

Data ADC

0 399

10 425

20 498

30 475

40 499

50 525

60 551

70 575

80 508

(54)

Gambar 4.9 Grafik Pembacaan Data ADC Sensor Flex Jari Telunjuk

4.2.4 Data ADC Sensor Flex di Jari Tengah

Tabel di bawah ini merupakan tabel dari pengambilan data ADC dari sensor flex yang dilakukan pada jari tengah dengan julat data 383 sampai dengan 626.

Tabel 4.8 Hasil Pembacaan Data ADC Sensor Flex Jari Tengah

Besar Sudut(˚)

Data ADC

0 383

10 410

20 437

30 464

40 491

50 518

60 545

70 572

80 599

(55)

Gambar 4.10Grafik Pembacaan Data ADC Sensor Flex Jari Tengah

4.2.5 Data ADC Sensor Flex di Jari Manis

Tabel di bawah ini merupakan tabel dari pengambilan data ADC dari sensor flex yang dilakukan pada jari manis dengan julat data 350 sampai dengan 590.

Tabel 4.9 Hasil Pembacaan Data ADC Sensor Flex Jari Manis

Besar Sudut(˚)

Data ADC

0 350

10 377

20 404

30 431

40 458

50 485

60 512

70 539

80 566

(56)

Gambar 4.11Grafik Pembacaan Data ADC Sensor Flex Jari Manis

4.2.6 Data ADC Sensor Flex di Jari Kelingking

Tabel di bawah ini merupakan tabel dari pengambilan data ADC dari sensor flex yang dilakukan pada jari manis dengan julat data 351 sampai dengan 591.

Tabel 4.10 Hasil Pembacaan Data ADC Sensor Flex Jari Kelingking

Besar Sudut(˚)

Data ADC

0 351

10 378

20 405

30 432

40 459

50 486

60 513

70 540

80 567

(57)

Gambar 4.12 Grafik Pembacaan Data ADC Sensor Flex Jari Kelingking

4.3 Pengujian Indikator Kekuatan Genggam

Pengujian ini dilakukan dengan menggunakan bantuan dari sensor

flex yang mana tegangan keluaran dari sensor flex ini akan digunakan sebagai acuan dari indikator kekuatan genggam tangan palsu elektrik. Proses pengambilan data dari indikator kekuatan genggam ini diberikan kondisi awal ketika sensor flex dalam keadaan lurus, selanjutnya ditekuk hingga indikator menunjukkan perubahan sampai dengan batas maksimal dari masing-masing indikator kekuatan genggam tersebut. Berikut merupakan data yang telah diambil :

4.3.1 Pengujian Indikator Kekuatan Genggam Ibu Jari

Pengambilan data direpresentasikan menggunakan gambar-gambar di bawah:

Gambar 4.13Indikator Ibu Jari Level 1

(58)

Berikut merupakan hasil pengambilan data indikator kekuatan genggam ibu jari dalam tabel:

Tabel 4.11 Hasil Pengambilan Data Indikator Kekuatan Genggam Ibu Jari

Besar Sudut(˚)

Indikator Kekuatan Genggam

0-17 2LED

18-35 4LED

36-50 6LED

51-70 8LED

71-90 10LED

4.3.2 Pengujian Indikator Kekuatan Genggam Jari Telunjuk

(59)

Gambar 4.19Indikator Jari Telunjuk Level 2

Berikut merupakan hasil pengambilan data indikator kekuatan genggam jari telunjuk dalam tabel:

Tabel 4.12 Hasil Pengambilan Data Indikator Kekuatan Genggam Jari Telunjuk

Besar

Dari gambar dan tabel didapatkan bahwa LED level 5 atau ketika LED menyala semua tidak ada, hal tersebut disebabkan karena LED graph

yang digunakan rusak, kedua LED yang berada di ujung putus, sehingga indikator untuk jari telunjuk tidak dapat menyala secara keseluruhan.

4.3.3 Pengujian Indikator Kekuatan Genggam Jari Tengah

(60)

Gambar 4.22Indikator Jari Tengah Level 1

Berikut merupakan hasil pengambilan data indikator kekuatan genggam jari tengah dalam tabel:

Tabel 4.13 Hasil Pengambilan Data Indikator Kekuatan Genggam Jari Tengah

Besar Sudut(˚)

0-18 2LED

19-36 4LED

(61)

51-71 8LED 72-90 10LED

4.3.4 Pengujian Indikator Kekuatan Genggam Jari Manis

Gambar 4.27Indikator Jari Manis Level 1

Berikut merupakan hasil pengambilan data indikator kekuatan genggam jari manis dalam tabel:

(62)

Besar Sudut(˚)

0-18 2LED

16-37 4LED

38-55 6LED

56-75 8LED

76-90 10LED

4.3.5 Pengujian Indikator Kekuatan Genggam Jari Kelingking

Gambar 4.32Indikator Jari Kelingking Level 1

(63)

Tabel 4.15 Hasil Pengambilan Data Indikator Kekuatan Genggam Jari Kelingking

Besar Sudut(˚)

0-18 2LED

19-33 4LED

34-52 6LED

53-90 10LED

(64)

(65)

5 BAB V PENUTUP

PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Dari hasil pensimulasian dan pengimplementasian tangan palsu elektrik, dapat disimpulkan bahwa:

 Resistansi sensor flex yang digunakan saat keadaan lurus atau tidak ditekuk adalah 32,8 kiloohm sampai dengan keadaan ditekuk dengan sudut sembilan puluh derajat adalah 69,8 kiloohm.

1. Ibu jari bernilai 32,8 kiloohm sampai 69,8 kiloohm. 2. Jari telunjuk bernilai 33,7 kiloohm sampai 69,7

kiloohm.

3. Jari tengah bernilai 32,4 kiloohm sampai 70,3 kiloohm.

4. Jari manis bernilai 29,6 kiloohm sampai 66,2 kiloohm. 5. Jari kelingking bernilai 29,7 kiloohm sampai 66,3

kiloohm.

 Besar tegangan yang ditimbulkan arduino untuk menggerakkan motor servo dari pergerakan sensor flex pada:

1. Ibu jari bernilai 2,9 volt sampai 3,92 volt. 2. Jari telunjuk bernilai 3,02 volt sampai 3,91 volt. 3. Jari tengah bernilai 2,91 volt sampai 3,95 volt. 4. Jari manis bernilai 2.66 volt sampai 3,72 volt. 5. Jari kelingking bernilai 2,67 volt sampai 3,72 volt.

 Besar nilai ADC dari sensor flex pada: 1. Ibu jari bernilai 350 sampai 626. 2. Jari telunjuk bernilai 399 sampai 621. 3. Jari tengah bernilai 383 sampai 626. 4. Jari manis bernilai 350 sampai 590. 5. Jari kelingking bernilai 351 sampai 591.

 Jarak sudut untuk masing-masing level indikator kekuatan genggam adalah 18 derajat.

5.2 Saran

(66)

(67)

6 DAFTAR PUSTAKA

[1] Politeknik Kesehatan Kemenkes Jakarta I. “Jurnal Kesehatan”,

<URL:

https://www.poltekkesjakarta1.ac.id/ortotik_prostetik/read-el-dt-jurnal-ortotik-prostetik>, [Online], pp. 03-02-2017.

[2] Sparkfun, “Flex Sensor 2.2”, <URL: https://www.sparkfun.com/products/10264/>, [Online], pp. 03-02-2017.

[3] Zuhri, Saifudin, “The Filter”, <URL: http://om-udin.blogspot.com/>, [Online], pp. 03-02-2017.

[4] Elektronika Dasar, “Motor Servo”, <URL: http://elektronika-dasar.web.id/motor-servo/>,[Online], pp. 03-02-2017.

[5] Wikipedia, “Arduino”, <URL

https://id.wikipedia.org/wiki/Arduino >,[Online], pp. 03-02-2017.

[6] Wikipedia, Lingkungan Pengembangan Terpadu”, <URL: https://id.wikipedia.org/wiki/Lingkungan_pengembangan_terpa du >,[Online], pp. 03-02-2017.

[7] Switchless Nvironment System, “C9013”, <URL: http://snskart.in/c9013 >,[Online], pp. 03-02-2017.

(68)

(69)